Vevők, erősítők, passzív eszközök

Az előadások a következő témára: "Vevők, erősítők, passzív eszközök"— Előadás másolata:

1 Vevők, erősítők, passzív eszközök
Nagy Szilvia

2 Moduláció Direkt magát a lézert vagy LED-et modulálják
KTV hálózatokban distributed feedback lézer diódák többnyire a pumpáló mechanizmuson (áramon) keresztül modulálják Külső moduláció külön eszköz, a moduláló jel hatására változtatja a törésmutatóját, ill. áteresztő-képességét (pl. MZ, akusztooptika…) Interaktív KTV 2008

3 Moduláció Direkt I0 = Ib + Im hőmérséklet P öregedés I t opt TH b m
t m b I0 = Ib + Im hőmérséklet öregedés TH Egy ideig hiába növelem a meghajtó áramot, nem fog elindulni a lézereffektus. A küszöbáram (tipikus értéke 30 mA) fölött viszont nagyon meredek a függvény, ami azt jelenti, hogy kis áramingadozás hatására nagyon megváltozik a kimenő teljesítmény. Erre figyelni kell, mert hamar el lehet érni azt a határt, amikor tönkremegy a lézer. Ugyanis olyan nagy lesz a dióda belsejében a fényáram-sűrűség, hogy kiégeti az aktív réteget. Sok lézert éppen ezért hűteni is kell, ami történhet egyszerűen hűtőbordával, vagy aktív Peltier elemmel. A lézer meghajtása direkt modulációval történik. Hogy a feléledési idő kisebb legyen, a lézert előfeszítik (Ib) a küszöbáram (ITH) közelébe. A modulálóáram (Im) hatására indul meg a lézerezés. Mivel kis változás hatására a kimenő teljesítmény értéke nagyon megváltozhat, ezért állandóan figyelni kell a kimenőszintet. Erre egy monitordiódát alkalmaznak, ami a kimenőszinttel arányos áramot ad és ezzel szabályozzák a beállított értéket. A kimenő teljesítmménye egy lézerdiódának erősen függ a hőmérséklettől is. Ennek hatását az előfeszítési árammal lehet szabályozni. Az öregedés hatására a lézer hatásfoka csökken (szaggatott vonallal jelölve), melynek kompenzálására a moduláló áram nagyságát kell növelni. Amikor ennek az áramnak az értéke az eredeti kétszerese lesz, akkor cserélni kell a lézert, mert hamarosan tönkremegy. A lézerek élettartama év, mely függ attól is, hogy milyen kimenő teljesítményen használják. Interaktív KTV 2008

4 Moduláció lézermeghajtó áramkör I P beáll. komp. lézer monitordióda b
opt beáll. monitordióda lézer A félvezető lézereket 0 dBm körüli kimenő teljesítményen használják, de a maximális megengedett érték 10 dBm. Ha nem folyamatos üzemben használják , hanem impulzus üzemmódban, akkor akár 25 dBm-es szint is elérhető. A keskeny spektrumuk, a relatív nagy kimenő teljesítményszintjük, kis feléledési idejük alkalmassá teszi őket a nagysebességű digitális összeköttetések létrehozására. Az ábrán egy lézermeghajtó áramkör egyszerűsített felépítése látható. A monitordióda jelét visszacstolják és egy komparátoron keresztül a kívánt munkaponti áram előállítható. A meghajtóáram beállítását hasonlóan ehhez szintén automatikusan végzik, mellyel kompenzálni lehet az öregedés hatását, valamint a lézer kimenő szintjét lehet beállítani. Interaktív KTV 2008

5 Moduláció lézerdióda impulzusainak alaktorzításai Névleges befejezés
Popt lecsengés túllövés 100% 90% belengési idő Egy kimeneti lézerimpulzus ábrája látható, melyen feltüntettük az egyes jelenségeket és definiált időtartamokat. Felfutási időnek a jel névleges értékének 10 és 90%-a között eltelt időt veszik, míg kioltási idő ennek az ellentettje. Ez a két idő szabja meg a lézer sávszélességét. A lézerek sajátossága a jel túllövése, ami 20-25%-ot is elérhet. Ez szerencsére nem zavarja az átvitelt, legfeljebb a túl közel lévő vevőt (ekkor csillapítót kell az átviteli útba elhelyezni). Másik sajátosság, hogy a jel nem fut le nullára, nem lesz teljes a kioltás, mely a jelfolyam indításánál jelenthet problémát. nem teljes kioltás 10% t felfutási idő kioltási idő Névleges kezdés Interaktív KTV 2008

6 Moduláció DPSK modulátor Hullámvezető Elektródák V Hordozó
Fény bemenet Interaktív KTV 2008

7 Moduláció Pockels-cella
elektrooptikai moduláció: elektromos tér hatására változik a törésmutató Fény bemenet Fény bemenet Fény bemenet Interaktív KTV 2008

8 Moduláció akusztooptikai modulátor
egy piezoelektromos jelátalakító akusztikus hullámokat kelt a kristályban, a sűrűségváltozás hatására változik a törésmutató: optikai rács keletkezik a rácson szóródnak a fényhullámok elnyelő szál piezo- elektromos kristály Interaktív KTV 2008

9 Moduláció integrált elektroabszorpciós modulátor – Franz—Keldysh-effektus (E hatására változó tiltott sáv) Interaktív KTV 2008

10 Moduláció Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrel
optikai úthosszkülönbség → konstruktív vagy destruktív interferencia Interaktív KTV 2008

11 Moduláció Külső moduláció Mach—Zehnder-interferométerrel
Jel feszültség Intenzitás modulált fény kimenet A moduláló feszültség miatt változik az anyag törésmutatója 6 mm Fény bemenet Hordozó Interaktív KTV 2008

12 Moduláció CSO Interaktív KTV 2008

13 Vevők A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények: kvantumhatásfok minél nagyobb legyen (átlagosan egy beérkező fotonra minél több elektron aktiválódjon). A kvantumhatásfok növelése: csökkenteni kell a reflexiót növelni kell a detektáló felületet el kell kerülni az aktiválódott elektron rekombinálódását Interaktív KTV 2008

14 Vevők A vevők a fotonok hatására töltéshordozót termelnek. Követelmények: gyors válaszidő kis zaj megfelelő anyagválasztás hullámhossz szelektivitás (alapvetően nem szelektívek, ill. széles sávúak) Interaktív KTV 2008

15 Detektorok paraméterei
Kvantumhatásfok: h=Jf/eF: a fotonok és a keletkezett elektronok aránya Érzékenység: R=eh/hn: a detektorok felületére beeső fényteljesítmény által keltett áram) Sávszélesség: a töltéshordozóknak a kiürített zónán való áthaladási idejétől függ Zaj: sötétáram sörétzaj - Kvantumhatásfok  Azok a fotonok, melynek energiái nagyobbak a tiltott sávszélességnél, lyuk elektron párokat hozhatnak létre. Annak arányát, hogy az ilyen beérkező fotonokra hány elektron aktivizálódik nevezik kvantumhatásfoknak. Ennek növelése történhet - a detektorfelületről való reflexió csökkentésével, - a kiürülő rétegben maximált abszorpció elérésével valamint - a hordozók rekombinációinak elkerülésével. - Érzékenység  Az érzékenység szabja meg, hogy milyen kis szintű jelet képes még venni a detektor, hogy mennyi fotoáram keletkezik ugyanannyi beeső teljesítmény (foton) hatására. Ez függvénye a kvantumhatásfoknak is. Interaktív KTV 2008

16 Vevők Interaktív KTV 2008

17 Vevők Interaktív KTV 2008

18 p-n átmenetes fotodióda
A fotonok hatására elektron-lyuk párok keletkeznek szabad elektronok potenciálfal D gap A kialakítás tárgyalásánál induljunk ki megint egy egyszerű p-n átmenetből. Záróirányú feszültséget kapcsolva rá az elektronok és a lyukak eltávolodnak a határfelülettől, egy kiürített réteg keletkezik. Gyakorlatilag ekkor nem folyik áram. Ha egy foton áthaladva az anyagon eléri a határréteget és ott elnyelődik, akkor elektron lyuk párt gerjeszt. Az elektron szabadon mozog a vezetési sávban, a lyuk pedig a vegyértéksávban. Ilyen módon a dióda áramkörében áram jön létre és a terhelő ellenálláson feszültség jelenik meg. szabad lyukak határréteg Interaktív KTV 2008

19 PIN fotodióda i p i n Rt potenciálfal szabad lyukak szabad elektronok
D gap határréteg Ha a szabad elektronok és lyukak rekombinálódnak vagy elérik a réteg szélét, ahol alig hat már rájuk erő, az áram megszűnik. Ha a foton a p vagy az n rétegben nyelődik el, a keletkezett lyuk-elektron pár lassan tud mozogni, és általában rekombinálódik, mielőtt elérné a határréteget. Ezért ezek a töltések csak igen kis áramot hoznak létre, nem jó a detektor hatásfoka. Ha a p vagy az n rétegben keletkezik egy elektron lyuk pár, a kis térerősség miatt lassan haladnak és rekombinálódhatnak, mielőtt elérik a határréteget. Hogy megnöveljük ezt a határréteget, a p és az n réteg közé egy semleges szennyezettségű (intrinsic) réteget helyeznek el. ezáltal megnövelhető a fotodióda érzékenysége. Mivel nagyobb a valószínűsége, hogy a foton ebben a rétegben nyelődik el, növeltük ezzel a kvantumhatásfokot. Ezt szerkezete miatt PIN diódának hívjuk. Minden határon túl nem lehet növelni az intrinsic réteget, mivel ennek az a hatása, hogy a reakcióidő lecsökken, ami viszont korlátot jelent a nagysebességű átvitelnél. A PIN dióda alkalmazható nagytávolságú, nagysebességű összeköttetéseknél, bár Gbit/s nagyságrendeknél az érzékenysége lecsökken, ezáltal az áthidalható távolság is lecsökken. Interaktív KTV 2008

20 PIN fotodióda Ha a szabad elektronok és lyukak rekombinálódnak vagy elérik a réteg szélét, ahol alig hat már rájuk erő, az áram megszűnik. Ha a foton a p vagy az n rétegben nyelődik el, a keletkezett lyuk-elektron pár lassan tud mozogni, és általában rekombinálódik, mielőtt elérné a határréteget. Ezért ezek a töltések csak igen kis áramot hoznak létre, nem jó a detektor hatásfoka. Ha a p vagy az n rétegben keletkezik egy elektron lyuk pár, a kis térerősség miatt lassan haladnak és rekombinálódhatnak, mielőtt elérik a határréteget. Hogy megnöveljük ezt a határréteget, a p és az n réteg közé egy semleges szennyezettségű (intrinsic) réteget helyeznek el. ezáltal megnövelhető a fotodióda érzékenysége. Mivel nagyobb a valószínűsége, hogy a foton ebben a rétegben nyelődik el, növeltük ezzel a kvantumhatásfokot. Ezt szerkezete miatt PIN diódának hívjuk. Minden határon túl nem lehet növelni az intrinsic réteget, mivel ennek az a hatása, hogy a reakcióidő lecsökken, ami viszont korlátot jelent a nagysebességű átvitelnél. A PIN dióda alkalmazható nagytávolságú, nagysebességű összeköttetéseknél, bár Gbit/s nagyságrendeknél az érzékenysége lecsökken, ezáltal az áthidalható távolság is lecsökken. Interaktív KTV 2008

21 Lavina diódák I lavinaletörés –
U I lavinaletörés – a nagy feszültség hatására egyetlen szabad elektron is fel tud annyira gyorsulni, hogy elektron-lyuk párokat generáljon az útja során. Fordított előfeszítés! A félvezető fotodióda nagyfeszültségű terén áthaladó elektronok és lyukak olyan kinetikai energiára tehetnek szert, hogy ütközés által újabb elektron lyuk párokat hozhatnak létre, és további elektronok kerülhetnek fel a vezetési sávba. Ennek feltétele, hogy nagy záró irányú előfeszítést adjunk a diódára. A nagy feszültség miatti belső ionizációval itt a hordozók megsokszorozódása jön létre, amely a fotoáram erősítésének növekedését okozza. Az ütközés során bekövetkező áramnövekedést lavinaerősítésnek nevezzük. Az ilyen elven működő fotodiódák a lavinadiódák, vagy idegen szóval APD-k (APD = Avalanche Photo Diode). Interaktív KTV 2008

22 Lavinadiódák felépítése
+ hn A lavinadiódáknak a lavinaerősítés hatására megnő az érzékenysége, sokkal kisebb szintű jelet képesek detektálni, hiszen kisebb belépő fényintenzitás hatására nagyobb áramot gerjeszt a rendszerben. Sajnos a detektálható sávszélesség viszont fordítottan arányos a lavinaerősítéssel, így nagyon nagy sebességű hálózatokban nem alkalmazzák. Interaktív KTV 2008

23 Vevőmodulok Ez a táblázat az adatátviteli sebesség függvényében mutatja be a vevők minimális érzékenységét PIN és APD esetén. A sebesség növekedésével az érzékenység csökken, konstans fénynél -90 dBm-ig tudnak már mérni, míg nagysebességen -30dBm körüli ez az érték. A táblázat még egy érdekességre hívja fel a figyelmet, hogy a hőmérsékletingadozás okozta érzékenység változás a nagyobb sebességeknél csökken. (Ez adódik a vételi szint változásból is). Interaktív KTV 2008

24 Optikai erősítők Anélkül erősítik az optikai jelet, hogy azt elektromossá visszaalakítanák. erbiummal adalékolt üvegszálak fény pumpálással félvezető optikai erősítők elektromos pumpálással Interaktív KTV 2008

25 Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezete
1480 nm Az erbiummal adalékolt kvarcüveg esetében létrehozható egy olyan inverziós állapot, melynél a magasabb energia szinteken elektronok halmozódnak fel, míg az alacsonyabb szintek nincsenek teljesen betöltve. Ezt külső, más hullámhosszú fény pumpálásával lehet elérni. A jel áthaladásakor az adott hullámhosszú fotonok pedig stimulált emissziót hozva létre felerősödnek. Az ábra mutatja a különböző energiaszintjeit az erbiummal adalékolt kvarcüvegnek (EDF = Erbium Doped Fiber), feltüntetve azokat a hullámhosszakat is melyeket képes elnyelni. Például 1480 nm-es hullámhosszú fény hatására az elektronok átugorva egy sávot magasabb szintre kerülnek. Onnan átkerülve alacsonyabb szintre energiát adnak le, mely lehet fény is, de olyan hullámhosszú, mely a folyamatban nem játszik szerepet. A jel áthaladásakor ez a hullámhossz kisugárzásra kerül, mintegy rászuperponálódik a jelre. 1531 nm 980 nm Interaktív KTV 2008

26 Erbiummal adalékolt kvarcüveg sávszerkezete
gerjesztett állapot nem sugárzó átmenet 980 nm-es pumpáló sugárzás metastabil állapot Az erbiummal adalékolt kvarcüveg esetében létrehozható egy olyan inverziós állapot, melynél a magasabb energia szinteken elektronok halmozódnak fel, míg az alacsonyabb szintek nincsenek teljesen betöltve. Ezt külső, más hullámhosszú fény pumpálásával lehet elérni. A jel áthaladásakor az adott hullámhosszú fotonok pedig stimulált emissziót hozva létre felerősödnek. Az ábra mutatja a különböző energiaszintjeit az erbiummal adalékolt kvarcüvegnek (EDF = Erbium Doped Fiber), feltüntetve azokat a hullámhosszakat is melyeket képes elnyelni. Például 1480 nm-es hullámhosszú fény hatására az elektronok átugorva egy sávot magasabb szintre kerülnek. Onnan átkerülve alacsonyabb szintre energiát adnak le, mely lehet fény is, de olyan hullámhosszú, mely a folyamatban nem játszik szerepet. A jel áthaladásakor ez a hullámhossz kisugárzásra kerül, mintegy rászuperponálódik a jelre. jel foton stimulált foton alapállapot Interaktív KTV 2008

27 Optikai erősítők alkalmazása
EDFA OLT OLT EDFA OLT OLT Három alapvető területen alkalmazzák jelenleg az optikai erősítőket: - Az adóoldalon erősítőként. Mivel a lézer kimenőszintje nem növelhető tetszőleges mértékben, erősítő alkalmazásával a kimeneti optikai jel szintje akár tízszeresére növelhető. Ezáltal az áthidalható távolság 20 km-rel növelhető. - A vevőoldalon előerősítőként. Ha a jel szintje a vevő érzékenység szintje alá megy, ezzel az eszközzel detektálhatóvá lehet tenni a jelet. Jelentősége azért nagy, mert a különböző hálózatbővítéseknél (jelosztásoknál, szűrők alkalmazásánál,...) csillapítást víve a rendszerbe előfordulhat a jelszintromlás olyan mértéke, hogy előerősítőt kell alkalmazni. - Erősítő állomásként a szakaszon. Célja a szakasz megnövelése. Egy hibája van, hogy külső lézerről illetve tápfeszültségről külön gondoskodni kell! Az ábra egy adóoldali erősítő felépítését mutatja. Az erősítés itt is egy Erbiummal adalékolt optikai szálban történik. A bemeneten és a kimeneten elhelyezett monitor diódák figyelik az optikai teljesítmény szinteket és ez alapján állíthatók be a kívánt erősítések. EDFA OLT OLT Interaktív KTV 2008

28 Optikai erősítők alkalmazása
EDF Jel be optocsatoló Jel ki pumpálás lézer EDF Jel be optocsatoló Jel ki pumpálás Az ábrán különböző erősítő kialakítások láthatók. Az erbiummal adalékolt kvarcüveg méretei megegyeznek az optikai szálak méreteivel, hosszúsága pedig függ a külső pumpált lézerfény intenzitásától. Ezt a hosszt úgy kell méretezni, hogy a becsatolt pumpáló fény még képes legyen inverziós struktúrát létrehozni, ezáltal erősíteni a jelet. Ez a gyakorlatban m között van. Ezekkel az erősítő megoldásokkal 15 dB körüli erősítést lehet elérni. Nagyobb erősítések esetén megnő a zaj, és ronthatja az átvitel minőségét. Ezeket az erősítőket az adók szintjének a növelésére, a vevők előtt a kisszintű jelek erősítésére valamint vonali erősítőkként használják. lézer lézer EDF Jel be optocsatoló optocsatoló Jel ki pumpálás Interaktív KTV 2008 lézer lézer

29 Passzív optikai elemek felosztása
Optikai szálak Optikai kötések Optikai rendezők, rögzítők, pozícionálók Optikai csillapítók Lencsék, szűrők Jelosztók, optocsatolók Optikai kapcsolók Optikai modulátorok Egy paszzív optikai hálózat kialakításához alapvetően optikai szálakra, kötésekre és csatlakozókra van szükség. Ide számíthatjuk még az optikai rendezőket, kötőhüvelyeket és az ezekhez tartozó elemeket. Ezekkel az eszközökkel az előző fejezetekben már részletesen foglalkoztunk. A hálózatkialakításnál - amennyiben nem pont-pont közötti egyszerű összeköttetést alakítanak ki - még további eszközöket használhatunk. Az egyik ilyen csoportba sorolhatjuk azokat, melyek a jel valamely paraméterét változtatják meg: - csillapítók (amplitúdó/szint) - szűrők (hullámhossz, polarizáció) - modulátorok (fázis, amplitúdó, polarizáció). Egy másik nagy csoport, mely a jel útját változtatják: - lencsék (illesztés, fókuszálás) - kapcsolók (jel irányának változtatása) - optocsatolók (multiplikálás). Mj: Mindegyikről röviden elmondani, hogy micsoda! Interaktív KTV 2008

30 Optikai lencsék n 2 n 1 2 n 1 n 1 indirekt lencse
diffúziós mikrolencse A legrégebb óta használatos optikai eszközök egyike a lencsék. Ezeket görbe határfelületük és eltérő törésmutatójuk teszi alkalmassá a fénysugarak fókuszálására. Az ábrán látható lencséket mind az optikai átviteltechnikánál használják, de előállításuk különbözik az eddig ismert csiszolásos technikától. Az indirekt lencsék a speciálisan csiszolt szálak (optikai eszközök) illesztésénél adódnak. Így egy olyan domború lencse jön létre, melynek törésmutatója 1, míg a környezeté 1,5. Mikrolencséket diffúziós módszerrel lehet könnyen előállítani, egy maszk segítségével csak egy kis területen engedjük át a reagens anyagokat, melyek megnövelik a törésmutatót. A cilinderlencse egy száldarabhoz hasonlít. Tulajdonsága, hogy a tér különböző irányaiban az eltérítés szöge nem azonos. Olyan helyen alkalmazzák, ahol a numerikus apertúra a két síkban különböző. Negyedik példánk egy gömblencse. Használata azért elterjedt, mert nagyon kis méretekben is előállítható csiszolásos technológiával. gömblencse cilinder lencse Interaktív KTV 2008

31 GRIN lencse n optikai szál gradiens indexű szál
Ha veszünk egy gradiens indexű szálat, abba bevilágítva a fény hullámvonalban terjed, a különböző módusoknak megfelelően más-más utat futva be. Keletkeznek csomópontok és olyan helyek a szálban, ahol a fény összes módusa párhuzamosan fut egymással. Egy ilyen pontnál elmetszve a szálat a kilépő fény is párhuzamosan terjed, de jóval nagyobb átmérőben, mint ahogyan a belépés történt. Fordított irányban a nagy területen belépő fényt fókuszálja egy csomópontba, azaz úgy működik mint egy domború lencse. Az így kialakított lencséket GRIN (gradiens indexű) lencséknek nevezik. Ennek feltétele, hogy a gradiens szál hossza: L = n· l/2 + l/4, ahol n = 0, 1, 2, ... Az átmérő nem kell hogy 50 mm legyen, lehet nagyobb is. A lencse anyagától és törésmutató eloszlásától függ a hossz és a fényfolt átmérője. optikai szál gradiens indexű szál Interaktív KTV 2008

32 Optikai osztó félig áteresztõ tükör
GRIN lencsét használva a megszakított fénnyaláb között, hogy a fényt szétnyissák, egy félig áteresztő tükör segítségével meg lehet osztani a jelet. Ugyanazt az információt mindkét irányba továbbítani lehet. A kettéosztott fényt egy-egy GRIN lencsével újból fókuszálják és illesztik egy monomódusú szálhoz. Ezzel az eljárással egy úgynevezett optikai osztót (splitter) lehet kialakítani. Mivel ez az eszköz az adott jelfolyamot párhuzamosítja, alkalmassá teszi a rendszert például menet közben történő mérésre. TDMA multiplexelésnél is alkalmazható ez a módszer, vagy éppen jelek szétválogatására, ha szűrőkkel még megtoldjuk. Ennek az eszköznek a hibája, hogy csak két irányba osztja a jelet. Ha több félig áteresztő tükröt alkalmaznának, nagyon megnőne az eszköz csillapítása. Másik hátrány, hogy fordított irányban optocsatolóként nem jó hatásfokkal alkalmazható. Interaktív KTV 2008

33 „Hegesztett szál” csatolók
(Fused-fiber Coupler) összeolvasztott régió 1 1 bemenetek kimenetek 2 2 mag alsó régió felső régió osztási arány a geometriával befolyásolható, a csatolási hosszal a hullámhossz függés befolyásolható

34 Optocsatoló (polimerizációs)
maszk n 1 n 1 Hogy optocsatolót (couplers) illetve optikai osztót (splitters) jó hatásfokkal lehessen előállítani, integrált optikai módszert, fotopolimerizációs eljárást alkalmaznak. Ennek lényege, hogy a kívánt alakot egy maszk segítségével előállítják és egy hordozó üveglapra helyezik. “Szennyező” anyagokkal reagáltatva, azok alkotó elemei bediffundálnak az üvegbe azon a helyen, ahol a maszk megengedi. Itt megnő a törésmutató. A végponthoz illesztve a szálakat a belépő fény a formának megfelelően fut végig az anyagban, a fénytörés törvényeinek megfelelően. Ezzel a módszerrel mind osztó, mind pedig csatoló létrehozható. Előnye, hogy nem csak 1:2 hanem akár 8:8 struktúra is létrehozható. Egy dologra kell ügyelni, hogy a jelosztásnál a teljesítményt is azonos arányban megosztjuk, sőt ezen felül az eszköznek sajátcsillapítása és beiktatási csillapítása is van. A mai legjobb osztók sajátcsillapítása 0,5 dB körül van. n 2 n 1 n 2 Interaktív KTV 2008

35 Optikai „szeletelés” l/2 útkülönbség (Optical slicing/interleaving)
Mach-Zender inteferométer l/2 útkülönbség összeolvasztott régiók 1 1 bemenetek kimenetek 2 2 (Fused Biconic Tapered) hőmérséklet függés: 1 pm/°C (-5 °C …+70 °C)

36 Hullámhossz szelektív csatoló
Tipikus optikai csatolók „T” csatoló bemenet kimenet „Fa” 1 x N csatoló bemenet kimenet több kimenet Csillag csatolók több bemenet több kimenet több bemenet / több kimenet (nem elválasztott) Hullámhossz szelektív csatoló l1 l2 bemenet l3 l1 l2 l3 ln ln több kimenet

37 Optikai csillapítók fajtái
Felosztása: - aktív (erősítést tartalmaz) - passzív - fix (állandó értékű) - változtatható - kalibrált - nem kalibrált Használata: - jelszintcsökkentés - mérés Eddig az volt a cél, hogy a csillapítást minimalizáljuk. Mégis van két terület, ahol csillapító használata szükséges. Az egyik eset, mikor a nagy bemenő jelszint túlvezérelné a vevőt, ilyenkor csillapítót iktatnak a vonalba. A másik eset a mérések területe. Például vevőérzékenység mérésénél az átviteli jelet addig kell csökkenteni, míg az átviteli jel hibaaránya a szabványos érték nem lesz. Felosztásánál egyik csoport az aktív csillapítóké. Ezek az eszközök erősítést is tartalmaznak, ezért nagy pontossággal kalibrálhatók, a beiktatási csillapítás kompenzálható. Méréseknél alkalmazzák őket. A passzív optikai csilapítókat nagyon egyszerűen létre lehet hozni, a szál meghajlításával, a csatlakozó kihúzásával (pár mm-t). Ezeket azonban nem lehet kontrollálni. Fix csillapítókat gyárilag a jel útjában elhelyezett valamilyen eszközzel lehet megvalósítani. 5 dB-es osztásonként lehet kapni, csak be kell iktatni a csatlakozó pontnál. A változtatható csillapítók egy részét szintén jelcsökkentésre használják úgy, hogy beiktatják a vonalba. Mivel itt nem kell a nagy pontosság, ezért nem kalibrálhatók. Például egy hollandi csavar, mely bizonyos “távolságot” iktat be két csatlakozó közé, ezzel csillapítást vive a rendszerbe. A mérésekhez kalibrált, folyamatosan változtatható csillapítót használnak. Interaktív KTV 2008

38 Változtatható optikai csillapító
lencse 8 o Egy mechanikusan változtatható optikai csillapító elvét mutatja be az ábra. Első lépésként a megszakított fénnyalábot lencsék segítségével (lehet GRIN lencse is) szétnyitják, majd a jelútba egy forgatható tárcsát helyeznek el, mely a kerülete mentén fokozatosan “szennyezett”, azaz folyamatosan változik a beiktatott csillapítás. A reflexió elkerülésére 7-8°-ban helyezik el a tárcsát. Ezek a csillapítók sajátcsillapítással rendelkeznek, mely azt jelenti, hogy a beállított 0 dB-es beiktatásnál is van a rendszernek kb. 2-3 dB csillapítása. A beiktatható csillapítás értéke 0-végtelenig tetszőleges lehet. változtatható csillapítású tárcsa Interaktív KTV 2008

39 Különböző kivitelű csillapítók
fűtőelem lencse lencse polimer fényvezető step motor 8 o változtatható csillapítású tárcsa hullámvezető + hordozó lencse lencse EO anyag pl. LiNbO3 - vezérlő elektródák

40 periodikus törésmutató
Bragg rácsok periodikus törésmutató váltások Szálba írt rács l1 l2 l3 l4 l1 l2 l4 l1 l2 l3 l4 l1 l2 l4 l3 reflektált hullám l3 germánium adagolás a szálgyártás során, UV expozíció → törésmutató változás, hõmérsékletfüggés kompenzálása: termosztálás, speciális hõtágulású hordozó alkalmazása hőmérséklet függés: 12 pm/°C (stabilizálás elõtt) <1 pm/°C (stabilizálás után)

41 Optikai kapcsolók Optikai utat kapcsolnak hálózati csomópontoknál
Felhasználási területei: - jelek átkapcsolása - visszirányú jelelnyomás - multiplexelés megvalósítása - optikai utak tartalékolása - mérések Megvalósítása: - elektromechanikus úton - elektrooptikai úton A fényvezető szálak kétirányú átviteli közegként is alkalmazhatók. A fényvezetős átvitel terjedésével a hálózatban a hálózati csomópontoknál a jelek keveredése jöhet létre a szálak minden irányú átlátszósága miatt. Az optikai kapcsolók feladata: - a hálózat nem kívánt irányú áteresztésének megszüntetése - a jelek átkapcsolása => optikai központ - multiplexelés megvalósítása => jelszétosztás - optikai utak tartalékolása => szakasztartalékolás fizikai közegen való megvalósíthatósága - mérések, tesztek, hurkolások, leágazások megvalósítása. A kapcsolók megvalósítása történhet elektromechanikus úton, azaz elektromos vezérlés hatására a szálkimenetek és bemenetek egymáshoz képest elmozdulnak. A másik mód az integrált optikai megoldás, amikor az elektródára adott feszültség hatására másik kimeneten jelenik meg az adott fény. Interaktív KTV 2008

42 Optikai kapcsolók fajtái
1 : 1 1 : 2 2 : 2 2 : 4 2:2 Bypass : 1:1 , amely az optikai utat tudja megszakítani, ezek védelmi feladatokat láthatnak el a rendszerben. 1:2 (1:n) , több útvonal közül választhat ki egyet, midkét irányban üzemel. 2:2 (n:n) , mindkét útvonalat mindkét kimenetre rákapcsolja, azaz keresztcsatolást valósít meg. Itt vigyázni kell a jelek szétválasztására, ha kell. 2:2 Bypass , hurkolást tud megvalósítani, mérésre alkalmas. 1xN , egy útvonal jeleit N irányba továbbíthatja, magasabbrendű multiplexálást valósítva meg ezzel. Maximális kimenet 180. Mindegyik fent említett verzió létezik dual kivitelben is, mely tartalékolt, vagy párhuzamos átvitelnél, többirányú kihasználás esetén pedig duplex összeköttetéseknél a két irány kezelésére alkalmazhatók. : : Dual reversing 1 x N 2 x (1xN) 2 x N Interaktív KTV 2008

43 Optikai kapcsolók tulajdonságai
Beiktatási csillapítás dB Ismétlésnél csillapításnövekedés 0.01 dB Kapcsolási sebesség < 15 ms Működési tápfeszültség 5 V, 50 mA Reflexiós csillapítás dB Működési tartomány 1300, 1550, (1650) nm Az optikai kapcsolók alaptulajdonsága a beiktatott csillapítás. Ez az érték egy csatlakozó csillapításának nagyságrendjében van, ez igen kicsinek számít. Figyelni kell azonban, hogy a jelosztással a teljesítményt is osztjuk. Fontos követelmény, hogy a sokszori átkapcsolásnál (1000-nél több) se növekedjen meg a csillapítás 0,01 dB-nél jobban. A kapcsolás sebessége kisebb, mint 15 ms. Egy hibamentes átkapcsoláshoz ez nagyon hosszú idő, erre az átkapcsoláskor figyelni kell. Fontos paraméter még a reflexiós csillapítás, amely megadja, hogy a reflektált jel (visszirányú) maximum hány dB lehet. Ez a kisszintű jel már nem zavarja az átvitelt és az adót. Ezek a kapcsolók egyaránt alkalmazhatók 1300 és 1550 nm-es tartományban is. Interaktív KTV 2008

44 Elektro-optikai kapcsolók
U Előnyök: ns nagyságrendű kapcsolási idők, jó stabilitás Hátrányok: nagy csillapítás, nagy PDL, áthallás nincs kitüntetett állapot szubsztrát: lítium-niobát bárium-titanát elektródák: Si-Mg oxid

45 Mikro-elektromechanikus
kapcsolók Mozgatott elemek: miniatűr prizmák, tükrök Mozgató elemek: szolenoidok, piezók Előnyök: alacsony polarizáció és hullámhossz függés, érzéketlen a környezeti hatásokkal szemben, alacsony szintű jelekkel vezérelhető, olcsó előállítás Hátrányok: egyszerűen csak 1x2 vagy 2x2 konfig. val. meg, nagyobb kapcsolómezők felépítése bonyolult, ms nagyságrendű kapcsolási idők

46 OXC kapcsolócella tükör-rendszer Elektromos vezérlés Bemenő szálaköteg
Kimenő szálköteg tükör-rendszer Hermetikusan zárt tok Elektromos vezérlés

47 Termikus kapcsolók Termikusan hangolható polimer hullámvezetők
hőmérséklet függő törésmutató, szubsztrát: szílícium, fűtőelem: vékony filmréteg a polimer stack-en Tulajdonságok: elfogadható csillapítás, közepes polarizációfüggés, nagy áthallás, nagy teljesítmények szükségesek a vezérléshez, 1…10 ms nagyságrendű átkapcsolási idők

48 Termikus kapcsolók 2x2 Thermo-Optikai kapcsoló megvalósítás I1 I2 O1

49 Folyadékkristályos kapcsolók
Folyadékkristály cellák polarizációs nyaláb osztók vagy léptetők, feszültség hatására változtatható polarizáció, polarizáció érzékeny és érzéketlen mátrix kapcsolók készíthetők Tulajdonságok: nagy csillapítás, gyenge áthallási tulajdonságok, bonyolult meghajtóáramkörök, átkapcsolási idők: 100 ms nematic liquid, 10 ms ferroelecric liquid

50 Akusztikus kapcsolók Pontosan irányított akusztikus hullámokkal vezérelt optikai közeg anyag: pl. TeO2, a törésmutató változik a tranzverzális akusztikus hullám hatására, a törési szög a frekvenciával változtatható Tulajdonságok: a csillapítás hullámhossz függő, költséges meghajtóáramkörök, átkapcsolási idők: ~10 ms, nagy denzitás nem készíthető

51 Példa 1 x N kapcsoló használatára
DUT DUT : : : DUT Optocsatoló 1 x N 1 x N Referenciaszál Az 1xN kapcsolócsalád programozható RS 232 vagy IEEE 488 szabvány szerint vezérelhetők. Felhasználási területeik: - hálózati útvonal kapcsolására - hálózat monitoringra (teszt) - távoli OTDR és rendszer tesztelésére. Egy teszt-rendszer felépítése látható az ábrán, ahol több mérendő berendezés (DUT) vagy optikai szakasz párhuzamos ellenőrzését lehet elvégezni. Tipikus alkalmazása egy sokszálas optikai kábel ellenőrzése OTDR segítségével. A kapcsoló segítségével kiépíthető olyan konfiguráció is, hogy az OTDR állandóan be legyen kötve és a kapcsoló segítségével akár távolról is vezérelhető legyen a mérés. A kapcsolók és az optikai osztók lehetővé teszik mind több hullámhosszon, mind pedig midkét irányból a mérés elvégzését. Mj: A mérés felépítését végigkövetni az ábrán! Fényforrás 1300 nm 1500 nm : Teljesítménymérő Kapcsolók Interaktív KTV 2008

52 Elektrooptikai kapcsoló (iránycsatoló)
Vezetett hullám Elektródok V Az elektrooptikus kapcsolók elve, hogy elektromos tér hatására - az elektródákra kapcsolt feszültség hatására - csatolás jön létre a két szál között, mely optikai kapcsolásra felhasználható. Mind keresztkapcsolást, mind pedig 1:2 kapcsolást meg lehet valósítani, sőt 1xN konfigurációt is. Hasonló elven a polarizációs tulajdonságokat is meg lehet változtatni, a hordozók által indukált törésmutató változások használhatók fel kapcsolásra. Ezek a kapcsolók már elérhetik a 10 GHz-es kapcsolási sebességet, hibamentes átkapcsolást lehet velük megvalósítani. A nem lineáris optikai jelenségek szintén felhasználhatók optikai kapcsolók készítéséhez. Ilyenek például az impulzusüzemű félvezető lézerek, melyek gyors, pikosekundum nagyságrendű kapcsolást tesznek lehetővé. Interaktív KTV 2008

53 Hullámhossz demultiplexerek
Felhasználva a prizmának és az optikai rácsnak azt a tulajdonságát, hogy a különböző hullámhosszú fény-jeleket különböző szögben térítik el, hullámhossz szétválasztást lehet velük megvalósítani. Az ábra két példát mutat, egy prizmásat és egy optikai rács segítségével megvalósítottat. A szálból érkező két hullámhosszt tartalmazó jelet egy lencse (lencserendszer) segítségével párhuzamosítjuk a jobb feldolgozás végett, majd demultiplexeljük. Újabb lencserendszer segítségével a kimeneti szálhoz pozícionáljuk. A rácsok alkalmazása azért célszerűbb, mert sokkal nagyobb és lineárisabb szögeltérítést lehet velük elérni, bár hátrányuk a többszörös diffrakciós maximumok jelenléte. A példa csak két hullámhosszra mutatja be a demultiplexelést. Bonyolultabb az eset a többszörös jelátvitelek esetén, de az elv akkor is marad.

54 Hullámhossz demultiplexerek
bemenet 150 mm kimenetek optikai rács 0 dB Az első példa egy kalasszikus optikai lencserendszert és un. visszatört rácsot alkalmaz. Ezeknél a rendszereknél a prizma már nem alkalmazható. A rács a lencserendszer által fókuszált jelet visszaverve különböző szög alatt téríti el, mely kb. 7-8o . Ugyanaz a lencse végzi a szálba történő becsatolást is, amelyek kb. 150 mm távolságra helyezkednek el egymástól. Nagyon fontos a rács linearitása és a megfelelő fókuszálás, hogy a lehető legnagyobb hatásfokot lehessen kihozni a rendszerből. Az ábra alapján egy példa mért értékekre a 850 nm-es ablakban működő demultiplexer csillapításáról a hullámhossz függvényében. Látható, hogy jó szelektivitással rendelkeznek ezek az eszközök, de szűrők segítségével csökkenthető az áthallás. 5 10 l 15 0.81 0.83 0.85 0.87 0.89

55 Hullámhossz demultiplexerek
Selfoc rúdlencse kis fókuszáló paraméterrel bemenő és kimenő szálak optocsatoló mart kvarc rács 1500 1550 Ez a példa egy folyamatosan változó törésmutatójú GRIN lencsét és anizotropikusan mart kvarc rácsot alkalmaz. Előnye a lencse sík felülete, mely a linearitást növeli, és a jól optimalizálható kvarc rács. Az illesztést egy olyan optocsatolóhoz hasonló elem végzi, ahol a bemenőszál illetve a kimeneti szálak helye precizen rögzítve vannak. Az alsó diagramról leolvasható, hogy itt nem tud olyan keskeny spektrumot demultiplexálni a rendszer, de a szelektivitása hasonló az előzőéhez. Egy ilyen eszközzel az 1550 nm-es ablakban 3 rendszer továbbítható ill. demultiplexálható. l 5 10

56 Izolátorok Qv+45° L+45° Faraday forgató +45 Pozitív forgatás L+45
Polarizátor Faraday forgató Pozitív forgatás Negatív forgatás Q v +45 o -45 Qv+45° Qv+45 L H + V L+45 L+90=L L+45°

57 Diszperzió kompenzálás
A jelet ugyanolyan abszolút értékű, de ellentétes előjelű diszperziót okozó közegen vezetjük keresztül kompakt diszperzió kompenzálók: alacsony csillapítás, de keskeny sávszélesség diszperzió kompenzáló szálak: magasabb csillapítás, de széles sávban használható (tipikusan -70…90 ps/nm/km) A jelet spektrálisan invertáljuk, („hullámhosszakat cserélünk”) és ugyanakkora diszperziónak tesszük ki technikailag nem kiforrott, egyelőre elvi jelentőségű

58 Kompakt diszperziókompenzáló
bemenő impulzus diszperziót okozó vonalszakasz UV fény segítségével szálba írt Bragg rács: hullámhossz szelektív tükör cirkulátor torzított jel „hosszú” l „rövid” l kompenzált jel

59 Vékonyréteg szűrők (Thin-Film filters)
Alkalmazás: Multiplexer/Demultiplexer,Optikai szűrő Q1 Q2 Q1= Q2 Q3 l1,l2,l3,l4...ln l5 l6 l3 l1 l4 l2

60 A DTF szűrők alkalmazása
Két speciális alkalmazását láthatjuk példaként az ábrán. Az első a hagyományos elrendezés, amikor a jel útjában egy sávszűrőt helyezünk el, mely csak egy adott hullámhosszú jelet enged át. Az érkező fény sok hullámhosszt tartalmaz, tehát ez az eszköz kiválóan alkalmas demultiplexelésre. Ekkor minden egyes vevő elé el kell helyezni egy-egy más sávban kalibrált DTF szűrőt. Előnye, hogy ha keskeny spektrumú áteresztő szűrőt alkalmazunk, akkor az áthallás lecsökkenthető. Hátránya, hogy a szűrők alkalmazása előtt egy 1:N-es osztót kell alkalmazni, amely nagyon sok csillapítást vihet be a rendszerbe. Másik alkalmazása, mikor az adott hullámhosszú reflektált jelet is felhasználjuk a multiplexálásra. Ebben az esetben a DTF szűrő l2-re átlátszó, mig l1-et reflektálja. Előnye, hogy egyszerűen megvalósítható és kalibrálható az eszköz, hátránya, hogy a reflektált hullámnak nagy a csillapítása, nagyon nagy a veszteség.

61 DTF sávszűrő SWP LWP vékonyréteg szűrő reflektált fény 100
GRIN lencsék reflektált fény LWP 100 80 60 40 20 SWP A DTF vékenyréteg szűrők kis és nagy törésmutatójú anyagok váltakozó rétegéből állnak. Ezek fémoxidok vagy fluoridok vékeny üveg vagy kvarc hordozón. A sok l/4 vastagságú rétegekből elő lehet állítani szélessávú sávlezáró, vagy továbbítási rétegek hozzáadásával rövidhullámot áteresztő (ill. hosszúhullámot áteresztő) szűrőket. Keskeny sáváteresztő szűrőt is elő lehet állítani, sőt egyes l/4 vastagságú rétegek elhagyásával az áteresztett csúcs képe négyzetessé is tehető.

62 Kötések fajtái Oldható - csatlakozók (FC/PC, ST, E-2000, ….)
- gyorskötő hüvelyek (3M, Fibrlock,….. - illesztő egységek (méréshez) (BFA, ….) Oldhatatlan - hegesztett kötések - ragasztott kötések (átviteltechnikában nem alkalmazzák) Interaktív KTV 2008

63 Fiber Connected / Pshihical Contact
FC/PC csatlakozó Fiber Connected / Pshihical Contact belsőcsavarmenetes fémház műanyag test ferrule 2,5 Az oldható kötések egyik fajtája a csatlakozóval szerelt kötések. Feladata a többször ismételhető csatlakoztatás kis csillapítással. Ehhez szükség van a csatlakozón belül egy olyan alkotórészre, mely a szálak központosítását végzi, hogy az illesztés minél tökéletesebb legyen. Ennek a csapnak, vagy idegen szóval ferrule-nak a másik feladata a többszöri igénybevétel esetén is a kívánt értékek biztosítása. Ezért kemény anyagból készítik, hogy sok csatlakoztatást elviseljenek. Az ábrán egy ilyen csap keresztmetszeti képe látható. A megfelelő központosítást a ferrule közepén található nyílás (szálvezető) pontossága határozza meg. A túl nagy tűrésű lyuk esetén a szál a falára kiülve eltér a középponttól, s ez csillapítást okoz. Az ideális a 125 mm átmérő lenne, azonban ebbe a szálat nem lehetne beilleszteni. Több mint egy mikron tűrés szükséges a szál bejuttatásához. Már a nagy pontosságú lyukak elkészítése sem egyszerű, mégis felvetődött az igény az utólagos központosítás lehetőségére. Ezt egy kétrétegű csap-szerkezettel oldották meg. A külső réteg maradt a kemény ötvözet, míg a belső réteg lágy fém. A szál bedugása és beragasztása után szemből egy mikroszkóp segítségével a négy égtájnak megfelelően négy irányból egy-egy tüske nyomható a fémbe, ezáltal oldalirányban korrigálva a szálat. Ezután történik a szálak felcsiszolása. Az ábrán egy szerelt csatlakozó félmetszeti képe látható. A ferrule-t egy rugó feszíti, mely elősegíti a két cstlakoztatott felület minél jobb érintkezését. Ezen kívül a dugasztest biztosítja a csatlakozó precíz megvezetését. Az ábrán nincs feltüntetve, de van egy elfordulásgátló nyelv is, hogy a két felület egymáson ne fordulhasson el. Erre azért van szükség, mert a közé kerülő kosz és por felkarcolhatja a felpolírozott felületeket, s ezzel nő a csillapítás. (A csatlakozót mindig védeni kell a portól, porvédő sapkát kell alkalmazni.) A csatlakozó rögzítésére szolgál a menetes rögzítő csavar. A csatlakozók másik fajtája már nem hengeres felépítésű. Ennek előnyei, hogy kis helyen több csatlakozót lehet elhelyezni (nem kell a csavar megszorításához hozzáférni). Másik előny, hogy nem kell elfordulásgárló, hiszen úgysem kell elfordítani a csatlakozót. Még egy lehetőséget is kínál a négyszögletes keresztmetszetű csatlakozó, a csapot 7-8°-ban ferdén lehet csiszolni. Ez azért lehet szükséges, mert a visszaverődő fény zavarja az adót. Ez a pár fok elég ahhoz hogy a reflexiós csillapítása a csatlakozónak nagyobb legyen, mint 45 dB. 3,75 optikai szál védelemmel átkötővezeték külsőköpeny Interaktív KTV 2008

64 FC / PC adapter Két csatlakozó illesztését végzik a toldók. Általában azonos típusú csatlakozók köthetők be mindkét oldalról, de a gyártók kívánságra vegyes típust is hajlandók szállítani. A toldó tulajdonképpen egy csődarab, plusz a rögzítő elemek. A cső feladata, hogy a több száz csatlakoztatás után lévő csatlakozók, melyek átmérője már nem egyezik meg, központosítsa. Ez úgy valósítható meg, hogy hosszában fel van hasítva a hüvely, átmérője egy kicsit kisebb, mint a csap külső átmérője, így rugóként működik. Ilyen toldókkal szerelik fel a rendezőket, melybe az egyik felől a kábelek végére szerelt pigtail-okat csatlakoztatjuk, míg a másik felére patch-cord-okkal a vevőt illetve az adót kötjük össze. Interaktív KTV 2008

65 FC/PC patch Interaktív KTV 2008

66 APC = Angle polished connect
DIAMOND E2000 kulcs -illesztési felület tehermentesítő CSATLAKOZÓ porvédő sapka ADAPTER porvédő sapka APC = Angle polished connect Interaktív KTV 2008

67 ST Csatlakozó Interaktív KTV 2008

68 VOLITION PACH CHORD Interaktív KTV 2008

69 Csatlakozó Interaktív KTV 2008

70 Csatlakozó Interaktív KTV 2008

71 Csatlakozó Interaktív KTV 2008

72 Kötés típusok illesztett kötés
12,5 mm Fv szál elsődleges védelem immerziós (törésmutató illesztő) folyadék Végül erre az utóbbi megoldásra egy példa a 3M gyorskötő hüvely. A középen elhelyezkedő lágy fém központosítja 3 irányból a szálat, mely akkor záródik, szorul rá a szálvégekre, mikor a gyorskötő sapkáját a helyére illesztik. A szálak betétele és a fedél rápattintása is egy kézi célszerszámmal történik. A kötőhüvely paramétereit feltüntettük az ábrán. Megjegyzés: az értékeken végig kell menni! Bár gyorskötő hüvelyeknél attól tartanak, hogy a két szálvég idővel eltávolodhat egymástól, ezért megbízhatóságukat megkérdőjelezik, de a táblázatban szereplő adatokból is kitűnik, hogy ettől már nem kell tartani. A kötéseknek van még egy használatos eszköze a csupasz szálvég csatlakozók, melyek a berendezésekhez történő ideiglenes illesztést valósítják meg. Interaktív KTV 2008

73 Gyorskötő hüvely Tárolási élettartam: 30 év
alsó, felső műanyag tartó elemek fém rögzítő elem Tárolási élettartam: 30 év Szerelési idõ: <30 másodperc, az előkészítést nem számítva Átlagos beiktatási csillapítás: <0,1 dB Reflexió: <-45 dB Húzószilárdság: 1,35 kg, névleges A másik nagy csoportja az oldható kötéseknek a gyorskötők. Feladatuk ugyanaz, mint a csatlakozóké, de nem kell több csatlakoztatást kibírnia, mivel szétszedés után általában új gyorskötő hüvelyt alkalmaznak. Ezek az eszközök gyors kötési lehetőséget biztosítanak, az előkészítésük a szálaknak sem igényel annyi technológiai lépést, mint a hegesztési technológiánál. Ezért hibák, kábelszakadások esetén nagyon gyors helyreállítást tesznek lehetővé. Kíválóan alkalmasak a méréseknél az eszközök illetve a pigtail-ek illesztéséhez. A mai gyorskötők csillapítása már 0.1 dB érték alatt van, így helyettesíthetők már a csatlakozós kötések, sőt a hegesztések is ezzel a technológiával. Kialakításuk sokféle lehet, de az elv közös: a két szálvég központosítása. Egy keményebb anyagban kialakított profil vezeti meg a szálakat, majd ebbe a profilba beszorítják a szálakat, miután egymáshoz illesztették azokat. Ennek egy hibája van, különböző átmérőjű szálak esetén (a megengedett tűrésen belül) a horonyba mélyebben ül meg az egyik szál, a magok nem pontosan találkoznak, plusz csillapítás jelenik meg. Ezért “rugalmas” anyagból egyszerre három irányból történik a szál központosítása, így a különböző héjátmérők nem okoznak hibát. A minőséget javítani lehet a szál közé immerziós (törésmutató illesztő) folyadék bejuttatásával, mivel ez csökkenti a Fresnel reflexiót. Interaktív KTV 2008

74 MULTI FIBRLOK Interaktív KTV 2008

75 FIBRLOK szerszámkészlet
Interaktív KTV 2008

76 Pirelli rendező Kihúzható fiókok, az adapterek rögzítésével.
Egy fiók 2x6 adapterhely Hegesztőkazetta Interaktív KTV 2008

77 Rendezők Interaktív KTV 2008

78 Alcatel optikai PachPanel
Interaktív KTV 2008

79 Alcatel CAT PachPanel Interaktív KTV 2008

80 Előfizetői panel Interaktív KTV 2008

81 Volition pachpanel Interaktív KTV 2008

82 Rendező Interaktív KTV 2008

83 Elsődleges védelem eltávolító
Homloklemez Kés Hossz beállítása Működtető kar Eltávolítandó anyag Optikai szál 0,18 0,30 Minden kötésszerelésnél az első feladat a szálvégek tisztítása. Ehhez a kábelek kifejtése után a szálakról el kell távolítani a primer védelmet. A primer védelem eltávolítása történhet leégetéssel, lemaratással vagy mechanikus úton. Az első kettő nem igazán megfelelő, mert égéstermék illetve a vegyszer alkotó elemei bediffundálva a szálba megváltoztathatják annak paramétereit. A mechanikus eltávolítást blankolófogóval végezzük. Az ábrán egy ilyen célszerszám vázlatos képe látható. Beállítható rajta a kívánt tisztítási hossz. Minden szálfajtához más és más fogó szükséges, mindegyiken megtalálható az eltávolítandó primer védelem átmérője. Az elsődleges védelem lehúzása után egy törlőkendő segítségével meg kell tisztítani a szálat, hogy a primer védelem maradékát illetve a szennyező anyagokat eltávolítsuk. Ehhez lehet alkoholt is használni. Interaktív KTV 2008

84 Meghatározott levágási hossz
Száltörés bemetsző kés befogó pofák primer védelem hulladék oldal Meghatározott levágási hossz A tisztítás még nem elegendő feltétel az illesztéshez, ezért amikor két szálat illeszteni kell, vagy pedig az adók vevők szereléséhez kell előkészíteni a szálat, akkor a szálvéget merőlegesre és hibamentesre le kell törni. Az üveg törésének elve igen egyszerű, valahol megkarcolva a szálat meghajlítjuk és ahol a leggyengébb az anyag - a karcolásnál - végigreped illetve eltörik. Ezt kézzel egyszerűen meg lehet valósítani, de itt a kapott eredmény nagy mértékben függ az emberi tényezőktől. A kivitel hatásfoka ebben az esetben 5-10 %.. Cél volt, hogy az egész folyamatot “gépesítsük”, minél kisebb mértékben függjön ez a művelet a személytől. A vágóberendezéseknél egy gyémánt (vagy nagyon kemény fém) vágóélt kellett létrehozni úgy, hogy a szálba történő bemetszés a felületre merőleges legyen. Interaktív KTV 2008

85 Száltörés repedési felület rögzített pofák elmozdulás irányai
Az ábrán látható egy száltörő berendezés vázlatos képe. A megfelelő hosszban megtisztított szálvéget un. befogó pofák rögzítik. Ez két célt szolgál: a karcolás alatt a szál fixen maradjon és ne mozduljon el és karcolás után a szálat rá lehessen feszíteni egy üllőre. Az üllőre fektetett szálat a kés megkarcolja. Ezt a működtető kar segítségével végezhetjük, mikor a kés rányomódik a szálra és keresztirányba eltolóda megkarcolja azt. Karcolás után mikor a befogó pofák meghúzzák hosszirányba a szálat, az ráfeszül az üllőre, melynek kiképzése enyhén domború. Ezáltal a szálban keletkező keresztirányú feszültség elpattintja a szálat. Ezt az eljárást még finomítani lehet azzal, hogy a kés nem felülről nyomódik rá a szálra, hanem eleve oldalirányból érkezik. Ez azért jó, mert nem koppint rá a szálra, így nem keletkeznek benne különböző irányú hajszálrepedések, jobb minőségű lesz a szál. Interaktív KTV 2008

86 Száltörési hibák berepedezett sérült héjszerkezet ferde szálvégfelület
A szálvég törésénél nagyon fontos, hogy a szálvég merőleges legyen és ne legyenek rajta “hibák”. Ilyen hibás töréseket mutat be a következő ábra. Ha a köpenyen kitüremkedés van, akkor a két szálvéget egymással szemben nem lehet összeilleszteni, mindig marad köztük egy távolság. Nem hegeszthető. Ha csorbult, csonka a köpeny akkor látszólag hegesztésnél nincs hiba, össze is lehet illeszteni, majd hegeszteni őket, sőt az átvitel is kitűnő lesz, hiszen ez a hiba a magot nem érinti. A gond csak az, hogy hegesztés után, mivel nem a teljes felület lett összehegesztve, marad egy kis bevágás, egy “repedés kezdemény”. Ez idővel átrepedhet, sőt elválhat egymástól a két szálvég, hibát vive be a rendszerbe. A harmadik tipikus hiba, ha nem merőleges a száltörés. Ekkor csak egyetlen egy esetben lesz tökéletes a szálhegesztés, ha sikerül egy ugyanilyen nem merőleges törést produkálni és pont ellenkező irányba azokat összeilleszteni. Ennek a valószínűsége igen csekély. A probléma hasonló lesz mint az előbbi esetben, nem a teljes felület lesz illesztve illetve hegesztve. A töréseket ezért ellenőrizni kell. Történhet ez nagyító alatt, speciális berendezéssel, vagy magával a hegesztő készülékkel. A mai hegesztő készülékek már nem engednek meg 1°-nál nagyobb eltérést. Interaktív KTV 2008

87 egyenes vagy max.2% ferdeség, ép héjszerkezet.
Az jó száltörés tiszta szálvég egyenes vagy max.2% ferdeség, ép héjszerkezet. Interaktív KTV 2008

88 Az optikai szálak illesztése LID rendszer
értékelő és vezérlő rendszer hajlító csap szálrögzitők a mozgató motorokkal A monomódusú szálak pontos illesztésénél már figyelni kellett a mag elhelyezkedését is. Erre fejlesztették ki a LID rendszert, mely a két magot illeszti össze. Mindkét szálat meghajlítjuk (1 cm-nél kisebb átmérőre) úgy, hogy a primer védelmen keresztül az egyikbe be lehessen világítani, illetve a másik szálból ki lehessen csatolni a fényt. Akkor megy át a legtöbb fény, ha a két szál magja éppen illeszkedik egymáshoz. Magát a pozícionálást három irányban pozícionálók segítségével kézzel, vagy automatikusan végezhetjük el. Ez a rendszer már alkalmas arra is, hogy hegesztés után megmodja hogy mekkora a szál csillapítása a hegesztés előtt pozícionált értékhez képest. Ez az eljárás azonban nem alkalmazható, ha a szál nem hajlítható meg a kívánt átmérőre, vagy pedig nem átlátszó a védelem rajta. Ilyenkor vissza kell térni a köpenyre történő kézi beállításra. Interaktív KTV 2008

89 Az optikai szálak illesztése VIDEO-SYSTEM rendszer
Infravörös fényforrás elektródák széles látómezejű infra érzékeny videokamera Tükör Y X A hegesztésnél nagyon fontos az illesztés. A szálak illesztése két irányban történik (x-y koordinátatengelyek mentén). A legegyszerűbb illesztési mód a héjra történő illesztés. A két irányt egy tükör segítségével biztosíthatjuk. Mivel a szálak átmérője 125 mm, amely szabad szemmel nehezen látható, ezért szükség van nagyító berendezés használatára. Kezdetben kis mikroszkópot használtak, ma már speciális kamerák figyelik a szálvégek illesztését. Ezt az eljárást a multimódusú szálaknál, ahol viszonylag nagy volt a magátmérő, jó hatásfokkal lehetett megvalósítani. A monomódusú szálak esetén azonban már nem alkalmazható, mivel a szál mgjának koncentricitási hibája (a megengedett tűrésen belül) tökéletes köpeny illesztésnél is megengedhetetlen mértékű csillapítást okozna. Interaktív KTV 2008

90 A hegesztés lépései 1, Előhegesztés szálak egymástól távol,
szálvégek megolvasztása 2, Hegesztés szálak előtolása, 3, Utó hőkezelés szálak megfeszítése Hegesztés hőfoka Hegesztés Az oldhatatlan kötések közül a hegesztési technológia terjedt el legjobban, mivel ezzel az eljárással elvileg tökéletesen megvalósítható két szálnak a folytonos, csillapításmentes kötése. Bár a hegesztés megvalósítható gázlánggal, plazma hevítéssel és lézer sugárral is, mégis a villamos ívvel történő hegesztés terjedt el leginkább, mivel a legjobban kézben tartható folyamat. A hegesztés első lépése a szálak illesztése - erről a következő fóliasoron lesz szó. Az illesztésnél x-y-z koordinátatengelyek mentén a szálak egytengelyűségét kell biztosítani. A két szálvég között 5-10 mm távolságot kell biztosítani, hogy hevítéskor a szálak vége is felmelegedjen illetve hevítés közben a szálak ne deformálják egymást. Ez az első szakasz az előhegesztés. Tényleges hegesztéskor - második szakasz - összetolják a két szálvéget, nagyobb teljesítménnyel ( °C) összehegesztik. Az előtolás ilyenkor 2-3 mm. A legvégén a szálakat a kívánt pozícióig húzzuk, egy kicsit feszítve azt, hogy a szál az eredeti alakját visszanyerje. Eközben az ív áramát csökkentjük, majd megszüntetjük. A szálkötő berendezések legtöbbje le is ellenőrzi hogyan sikerült a kötés, kiírja a mért csillapítás értéket. Utó hőkezelés Előhegesztés t Interaktív KTV 2008

91 Kötés típusok hegesztett kötés.
Az optikai szálak magra pozicionálása után. Tisztító hegesztés: széthúzott szálakközti rövid ívkisülés Elõtolás (gap) beállítása 0,5-0,7 mm. Interaktív KTV 2008

92 A primer védelem helyreállítása
Zsugorcső 60mm, 45mm hosszúságban. Az elsődleges védelem hiányának megfelelő hosszban. merevítő acélszál A szálrendező két fajta lehet attól függően, hogy a primer védelmet hogyan szeretnénk visszaállítani. A legegyszerűbb, melybe a 12 szálkötés elhelyezhető, a két szélére felvitt ragasztócsík ideiglenesen rögzíti, majd az összes kötés elhelyezése után az egész szilikongumival kiönthető. Hátránya a technológiát a szilikongumi kötési ideje megnöveli. Ezért kifejlesztették a zsugorhüvelyes megoldást (lásd. ábra). A hegesztést követően a zsugorhüvelyt rázsugorítjuk a szálra hőlégfúvó, vagy egy kis kályha segítségével. Kialakítása: kétrétegű, a belső rétegbe kell elhelyezni a szálat. A két réteg közötti fémrúd kötés merevítés céljából található benne és hogy a zsugorításkor az egyenetlen zsugorodás esetén se tudjon a hüvely meghajolni. Ezzel biztosítja a kötés el ne törjön se a zsugorítás közben se később. A légmentes elzárást biztosítani lehet még a középső rétegben elhelyezett ragasztó anyaggal is. A szálat úgy kell a zsugorhüvelyben elhelyezni, hogy a szál primer védelme mindkét oldalon legalább mm-re belógjon a zsugor-hüvelybe. A zsugorhüvelyes megoldás előnye még a szilikongumis kiöntéssel szemben, hogy egyénileg jevíthatók a kötések, csak a hibásat kell megbontani. A másik esetben a teljes szálrendezőt le kell vágni és az összes - a tálcában található - kötést újrahegeszteni. mechanikai tartást biztosító zsugorcső száltartó zsugorcső Interaktív KTV 2008

93 Optikai szálak kötése(1)
Szálhegesztő készülék Az optikai kötések két csoportba oszthatók: oldható és oldhatatlan (fix) kötésekre. Oldhatóak a csatlakozók és a gyorskötő hüvelyek, míg oldhatatlan a hegesztett kötés és a ragasztás. Mindegyik kötésfajtát más és más célból használják, ezért nézzük meg őket egyenként. A hegesztési technológiát alkalmazzák a kábelek összekötésére hálózatok kialakításakor. Ezek a legjobb minőségű kötések, csillapításuk már 0,01 dB nagyságrendben van. Ehhez nagyon precíz berendezésekre van szükség, ezért ezek az eszközök nem olcsók. Másik oldhatatlan kötésfajta a ragasztás, amit már csak nagyon ritkán, gyárilag az adók illesztésénél alkalmaznak. Nem igazán jó technológia, mert a ragasztóanyagok eltérő törésmutatójuk miatt megváltoztatják az üvegszál átviteli tulajdonságait. Az oldható kötések között kiemelkedő szerepet játszanak a csatlakozók. Olyan helyeken alkalmazzák őket, ahol szükség van a hálózat időnkénti bontására mérés vagy átrendezés céljából. Általában ezeken keresztül találkozik az adó-vevő eszköz a hálózattal. A mai adó- és vevőeszközöket már úgy hozzák forgalomba, hogy egy pigtailt illesztenek a gyárban az aktív optikai elemhez, így mi a csatlakozón keresztül egy patchkábel segítségével érhetjük el a hálózatot. A gyorskötő hüvelyek, mint az már a nevükben is szerepel, gyors és ideiglenes kötések létrehozására alkalmasak. Alapelvük az, hogy valamilyen befogó szerkezettel a két megtisztított szálvéget pozicionálják egymáshoz. Előnyük, hogy gyorsan létrehozhatók, csillapításuk 0,1 dB körüli. Hegesztési technológia Minden hegesztett kötés szerelésénél az első feladat a szálvégek tisztítása. Ehhez a kábelek kifejtése után a szálakról el kell távolítani a primer védelmet. A primer védelem eltávolítása történhet leégetéssel, lemaratással vagy mechanikus úton. Az első kettő nem megfelelő, mert az égéstermék, illetve a vegyszer alkotóelemei bediffundálva a szálba megváltoztathatják annak paramétereit. A mechanikus eltávolítást speciális blankolófogóval végezzük. Az elsődleges védelem lehúzása után egy törlőkendő segítségével meg kell tisztítani a szálat, hogy a primer védelem maradékát, illetve a szennyezőanyagokat eltávolítsuk. Ehhez lehet tiszta alkoholt is alkalmazni. Optikai szálak törése A tisztítás még nem elegendő feltétel az illesztéshez, ezért amikor két szálat illeszteni kell, vagy pedig az adó-vevők szereléséhez kell előkészíteni a szálat, akkor a szálvéget merőlegesre és hibamentesre le kell törni. Az üveg törésének elve igen egyszerű: valahol megkarcolva a szálat meghajlítjuk, és ahol a leggyengébb az anyag – a karcolásnál –, végigreped, illetve eltörik. A szálak töréséhez speciális száltörőket alkalmaznak. Létezik olyan technológia is, melynél karcolás után vibráció segítségével repesztik el a szálat. Meghúzás után merőleges, sima felület képződik. Ha az eltört szálvég nem lesz tökéletesen merőleges, akkor a hegesztés sem lesz az előírtaknak megfelelő. Igen gyakran előfordul, hogy a törési felületen a szálnak kitüremkedése keletkezik, vagy válla van. Ebben az esetben a két szálat nem lehet egymással pontosan szembehelyezni, rés keletkezik a kettő között, nem fognak tökéletesen összehegedni. Ez csillapítást okoz, sőt sok esetben a fény át sem tud hatolni a kötésen. Másfajta hiba, mikor a szálvégből letörik egy darab, csonka lesz a szálvég. Annak ellenére, hogy lehet, hogy ez a magot nem érinti, sőt a hegesztés is sikeres, mégsem elfogadható a kötés, mert egy helyen ki van könnyítve a szál, ami azt jelenti, hogy idővel végigreped, megbontva ezzel a csatlakoztatást. A harmadik hibafajta az, mikor ferdére sikerül a törés. Ez szintén illesztésbeli hibát eredményez, megengedhetetlen mértékű csillapítást okozva a rendszerben. A hegesztőgépek többsége már figyeli ezt, ha 1°-nál nagyobb mértékű az eltérés, nem is hegesztik össze a szálakat. Interaktív KTV 2008

94 Optikai szálak kötése(2)
A szálak (szálvégek) előkészítése után történik maga a hegesztési folyamat, melyhez a szálvégeket illeszteni kell egymáshoz. A szálak illesztése két irányban történik (x-y koordinátatengelyek mentén), hogy a merőlegesen letört szálvégek fedésbe kerüljenek. Az illesztés történhet szemre, ami azt jelenti, hogy a szálak külső héját állítjuk szembe egymással. Ehhez nagyítólencséket, mikroszkópot vagy kamerás megoldást használnak, hiszen a 125 µm-es szálakat szemre nehéz lenne beállítani. A monomódusú szálak pontos illesztésénél már figyelni kellett a mag elhelyezkedését is, mert oly kicsi az átmérője, hogy 1m eltérés már megengedhetetlenül nagy csillapítást vinne a rendszerbe. Erre fejlesztették ki a LID (Local Injection and Detection = helyi jeladó és -érzékelő) rendszert, amely a két magot illeszti össze. A magra történő illesztés (LID rendszer) elve az, hogy mindkét szálat meghajlítva (1 cm-nél kisebb átmérőre), a primer védelmen keresztül az egyikbe fényt lehessen becsatolni, illetve a másik szálból ki lehessen csatolni a fényt. Akkor megy át a legtöbb fény az illesztésen, ha a két szál magja éppen illeszkedik egymáshoz. Magát a pozicionálást három irányban mikropozicionálók segítségével kézzel vagy automatikusan végezhetjük el. Ez a rendszer már alkalmas arra is, hogy hegesztés után megmondja, hogy mekkora a szál csillapítása a hegesztés előtt pozicionált értékhez képest. Ez az eljárás azonban nem alkalmazható, ha a szál nem hajlítható meg a kívánt átmérőre, vagy pedig nem átlátszó a védelem rajta. Ilyenkor vissza kell térni a köpenyre történő kézi beállításra, vagy más módszert kell alkalmazni. A LID rendszer hibája, hogy csak a magra illeszt, és előfordulhat, hogy hegesztéskor a héj nem pontos illeszkedése következtében fellépő erőhatások – mint a felületi feszültség – valamelyest elmozdítják a szálat, elrontva ezzel a pozicionálást. Ezért fejlesztették ki azt az eljárást, mellyel egyszerre lehet a magra és a héjra is pozicionálni. Ezzel a módszerrel úgy lehet beállítani a szálakat egymáshoz, hogy a hegesztéskor fellépő elmozdulások hatására kerüljenek szembe a magok egymással. Az elv az, hogy az illesztésnél keresztben átvilágítva a szálat (x-y koordináták mentén), a képernyőn megjelenik a mag és a héj képe egyszerre. A szál mellett elhaladó fénynyaláb és a szál szélénél belépő, megtört fénysugár között a képernyőn egy sötét sáv keletkezik, kijelölve a héj szélét. A mag is ugyanezen elv alapján látható, hiszen a nagyobb törésmutató miatt a mag szélén nagyobb mértékben törik meg a fény. A hegesztés kezdetekor az illesztett szálvégek között 5-10 µm távolságot kell biztosítani, hogy hevítéskor a szálak vége is felmelegedjen, illetve hevítés közben a szálak ne deformálják egymást. Ez az első szakasz az előhegesztés. Tényleges hegesztéskor – második szakasz – összetolják a két szálvéget, és nagyobb teljesítménnyel ( °C) összehegesztik. A tökéletes hegedés érdekében a két szálat 2-3 µm-rel túl is tolják, ami egy kis deformációt okoz. Végül (harmadik szakasz) a szálakat a kívánt pozícióig húzzák, egy kicsit feszítve azokat, hogy az eredeti alakjukat visszanyerjék. Eközben az ív áramát fokozatosan csökkentik. A hegesztési folyamat szakaszai nem elkülöníthetők a mai berendezéseknél, hiszen a három folyamat együttesen 1-2 másodpercet vesz igénybe. A szálkötő berendezések legtöbbje le is ellenőrzi, hogyan sikerült a kötés, kiírja a mért csillapításértéket. Az optikai szálakat hegesztés után egy száltartó kazettába kell elhelyezni. Ennek célja, hogy rögzítse és tehermentesítse a kötést. Interaktív KTV 2008

95 Hegesztő kazetta Az optikai szálakat hegesztés után egy száltartó kazettába kell elhelyezni. Ennek célja, hogy rögzítse a kötést és tehermentesítse azt. A kiképzése olyan, hogy a pászma végeit lehessen hozzá fixen rögzíteni, - általában műanyag szorító bilinccsel. A szálat olyan hosszúra érdemes hagyni, hogy a tálcát háromszor körbeérje. Ekkor hibás hegesztés esetén - mindig egy-egy kör kivételével - háromszor javítható a kötés. Megoldásnak tűnik az is, hogy egyszerűen újrapucolva és újratörve a szálvéget ismételjük meg a hegesztést, de ebben az esetben a szál cm-es rövidülése a görbületi sugár csökkenéséhez vezethet. Ez pedig a csillapítást növeli. A száltartó kazetta külső szélén kell emiatt vezetni a szálat, hogy az előírt minimum 4 cm-es átmérő megmaradjon. Egy ilyen száltartóba maximum 12 hegesztést lehet elhelyezni. A hegesztéseknél szükséges a kötés helyét rögzíteni, valamint itt a primer védelmet helyreállítani. Erre rendszeresítették az ábra alján látható szálrendezőket. (Szükség esetén a kazetta mindkét felése szerelhető szálrendező.) Interaktív KTV 2008

96 Optikai szálak kötése(3)
Száltartó kazetta A száltartó kazetta kiképzése olyan, hogy a pászma végeit fixen lehessen hozzá rögzíteni, általában műanyag szorítóbilinccsel. A szálat olyan hosszúra érdemes hagyni, hogy a tálcát háromszor körbeérje. Ekkor hibás hegesztés esetén többször is javítható a kötés. Kötésnél (és javításuknál) a szálakat úgy kell elhelyezni a száltartó kazettába, hogy a görbületi sugár az előírt értéknél (4 cm) nagyobb maradjon. Erre különösen abban az esetben kell figyelni, mikor valamilyen oknál fogva (például leágazó kötések alkalmazásánál) nyolcas alakzatban kell elhelyezni a szálakat a kazettában. A nagyon kis görbületi sugár csillapításnövekedést okoz. Egy ilyen száltartóban – fajtától függően – maximum 12 hegesztést lehet elhelyezni. A szálrendező kétfajta lehet attól függően, hogy a primer védelmet hogyan szeretnénk visszaállítani. A legegyszerűbb típusnál a két szélére felvitt ragasztócsík ideiglenesen rögzíti a szálakat, majd az összes kötés elhelyezése után az egész szilikongumival kiönthető. A technológia hátránya, hogy a szilikongumi kötési ideje meglehetősen hosszú, valamint javítás esetén nem választhatók szét a kötések, így az egészet újra kell kötni. Ezért kifejlesztették a zsugorhüvelyes megoldást. A hegesztést követően a zsugorhüvelyt hőlégfúvó vagy egy kis kályha segítségével rázsugorítják a szálra. Interaktív KTV 2008